2.3 晶体结构

第⼆部分晶体的结构第⼆部分晶体结构2.1 晶体学基础概述根据结合键类型不同，晶体可分为⾦属晶体、离⼦晶体、共价晶体和分⼦晶体。

晶体结构：晶体中原⼦（离⼦或分⼦）在三维空间的具体排列⽅式。

空间点阵与晶胞1．相关概念空间点阵(lattice)晶格(space lattice)阵点（结点）晶胞（cell）选取晶胞应遵循⼀定的原则晶胞⼤⼩和形状表⽰⽅法⼆、晶系和布拉菲点阵根据晶体的对称性和每个阵点周围具有相同的环境，布拉菲运⽤数学⽅法推算，将花样繁多的晶体结构归纳为14种空间点阵（称为布拉菲点阵）。

根据晶格常数a、b、c及α、β、γ是否相等，⼜将14中空间点阵归属于七⼤晶系。

晶体结构和空间点阵之间的区别空间点阵（space lattice）：晶体中质点排列的⼏何学抽象，⽤以描述和分析晶体结构的周期性和对称性。

由于各阵点的周围环境相同，只有１４种类型。

晶体结构（crystal structure）：晶体中原⼦（离⼦或分⼦）在三维空间的具体排列⽅式。

由于组成晶体的物质质点及其排列⽅式不同，晶体结构是⽆限的，但总能按其原⼦（分⼦或离⼦）排列的同期性和对称性，归属于14种空间点阵中的⼀种。

七⼤晶系：1.三斜晶系（triclinic system）：a≠b≠c，α≠β≠γ≠ 90°2.单斜晶系（monoclinic system ）：a≠b≠c，α＝γ＝90°≠β2.正交(斜⽅)晶系（orthogonal system ）：a≠b≠c，α＝β＝γ＝ 90°4.四(正)⽅晶系（tetragonal system ）：a＝b ≠ c，α＝β＝γ＝90°5.⽴⽅晶系（cubic system ）：a＝b＝c，α＝β＝γ＝90°6.六⽅晶系（hexagonal system ）：a＝b ≠ c，α＝β＝90°，γ＝120°7.菱形晶系（rhombohedral system）：a＝b＝c，α＝β＝γ≠90°⼗四种空间点阵：1 简单⽴⽅点阵：a=b=c，α=β=γ =90°2 体⼼⽴⽅点阵：a=b=c，α=β=γ =90°3 ⾯⼼⽴⽅点阵：a=b=c，α=β=γ =90°4 简单四⽅点阵：a=b ≠ c，α=β=γ =90°5体⼼四⽅点阵：a=b ≠ c，α=β=γ =90°6 简单菱⽅点阵：a=b=c，α=β=γ≠ 90°7 简单六⽅点阵：a=b ≠ c，α=β=90°，γ =120°8 简单正交点阵：a≠b≠c，α= β= γ = 90°9 底⼼正交点阵：a≠b≠c，α= β= γ = 90°10 体⼼正交点阵：a≠b≠c，α= β= γ = 90°11 ⾯⼼正交点阵：a≠b≠c，α= β= γ = 90°12 简单单斜点阵：a≠b ≠c α= β =90°≠γ12 底⼼单斜点阵：a≠b ≠c α= β =90°≠γ14 简单三斜点阵：a≠b≠c α≠β≠γ≠90°⾦属晶体的结构主要为：FCC、BCC、HCP三、晶向指数和晶⾯指数1．⽴⽅晶系中的晶向指数晶向指数的确定⽅法晶向指数规律2．⽴⽅晶系中的晶⾯指数晶⾯指数的确定⽅法晶⾯指数规律2．六⽅晶系的晶向和晶⾯指数4．晶带晶带(zone)——相交或平⾏于某⼀直线的所有晶⾯的组合晶带轴：此直线为晶带轴。

三种晶胞结构的晶体空隙引言晶体是由元素或化合物按照一定规律排列形成的，它们在空间中形成了特定的结构，称为晶体结构。

晶体结构的基本单位是晶胞，而晶胞内的排列方式再决定了晶体的物理和化学性质。

在晶胞结构中，晶体空隙是指晶体中的一些位置没有被原子或离子占据，这些空隙对晶体的性质和应用具有重要影响。

本文将介绍三种晶胞结构中的晶体空隙。

1.面心立方结构的晶体空隙1.1描述面心立方结构是一种常见的晶体结构，其中原子或离子在晶格的每个顶点、每个面心和每个体心都存在。

在这种结构中，晶体空隙主要出现在八面体和四面体的中心，也可以出现在体心和面心位置上。

1.2形成原因在面心立方结构中，由于每个顶点周围有12个近邻原子或离子，导致晶体中的空隙较少。

而八面体和四面体的中心位置是由于晶格点的排列形成的。

这些空隙的形成主要是为了保持晶体结构的稳定性和平衡。

1.3物理性质面心立方结构的晶体空隙对物质的性质具有一定的影响。

首先，空隙使晶体的密度减小，因为没有原子或离子占据这些位置。

此外，晶体中的空隙也影响了晶体的热膨胀性能。

2.体心立方结构的晶体空隙2.1描述体心立方结构是另一种常见的晶体结构，其中晶格的每个顶点都存在原子或离子，而在晶胞的中心位置也存在一个原子或离子。

2.2形成原因在体心立方结构中，晶体空隙出现在八面体的中心。

这是由于晶格点排列的方式导致的。

相比面心立方结构，体心立方结构的空隙相对较少。

2.3物理性质体心立方结构的晶体空隙也会对物质的性质产生一定的影响。

研究发现，空隙的存在会改变晶体的热膨胀性能和导热性能，对材料的力学性能也有一定的影响。

3.立方密堆积结构的晶体空隙3.1描述立方密堆积结构是晶胞结构的一种，它是由最密堆积方式排列的晶格点组成的。

在这种结构中，每个晶胞的顶点位置都存在原子或离子。

3.2形成原因立方密堆积结构中的晶体空隙主要出现在六方环状空隙和四方环状空隙，这是由晶格点排列的方式所决定的。

3.3物理性质立方密堆积结构的晶体空隙对材料的性质有一定影响。

点阵常数：晶胞的棱边长度，可以采用X射线衍射分析求得。 原子半径：假设原子为刚性球，两个最近邻原子之间的距离就是 原子的半径之和。 面心立方结构：点阵常数为a，且21/2a=4R 体心立方结构：点阵常数为a，且31/2a=4R 密排六方结构：点阵常数为a和c，（a2/3+c2/4）1/2=2R

化学亲和力（电负性）：化学亲和力越强，倾向于生成化合物而
不利于形成固溶体；生成的化合物越稳定则溶解度越小。只有电 负性详尽的元素才可能具有大的溶解度。

原子价因素：当原子尺寸因素较为有利时，在某些以一价金属为
基的固溶体中，溶质的原子价越高，其溶解度越小。
2.3 合金相结构
2.3.1 固溶体 2. 间隙固溶体： ① ② 溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙 固溶体。 影响间隙固溶度的因素
4.2 晶体学基础
4.2.1 空间点阵（ lattice）和晶胞（cell） 1. 为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性，可先将 实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体并简化，将其 中每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为 阵点。 这些阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的 周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称 为空间点阵，简称点阵。 具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵 的组成单元，称为晶胞。同一空间点阵可因选取方式 不同而得到不相同的晶胞。
晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是代表着一组相互平行的晶 面。另外，在晶体内凡晶面间距和晶面上原子的分布完全相同，只 是空间位向不同的晶面可以归并为同一晶面族，以{h k l}表示， 它代表由对称性相联系的若干组等效晶面的总和。 正交点阵中一些晶面的面指数

4.2 晶体学基础

以体心立方结构为 基的长程有序结构
以密排六方结构为 基的长程有序结构 长周期超点阵 laves相 σ相 χ相 Cr3Si（β-W）相 μ 相等
Cu3Au型（L12型） CuPt型（L11型） CuAuⅠ型（L10型）等 CuZn型（B2型） Fe3Al型（D03型） Cu2MnAl型（L21型）等
Mg3Cd型（D019型）等
CuPt型（L11型）
2.2.1几何密排相特点
以面心立方结构为基 的长程有序结构
➢ CuAuⅠ型（L10型）
化学式为AB。原 面心立方（001）面 被仅由Cu原子组成的 原子面及仅由Au原子 组成的原子面交替重 叠堆垛而成。典型的 例子有
➢ 定义：由不规则的四面体填充空间的密堆结构 。 ➢ 类型：laves相，σ相，χ相，β-W相等。 ➢ 特点：晶体中的间隙完全由不规则的四面体间隙
组成，没有八面体间隙，配位数＞12，致密度＞ 0.74；原子间距极短 ，原子间电子交互作用强烈， 对称性低，滑移系少，塑性差。
2.2.1几何密排相特点
以面心立方结构为基 的长程有序结构
金属间化合物
晶体结构、结构稳定性 及电子理论
1定义
金属间化合物是指由两个或更多的金属组元或 类金属组元按比例组成的具有金属基本特性和不同 于其组元的长程有序晶体结构的化合物。
TiAl(L10)
2晶体结构分类
几何密排相 拓扑密排相
几何密排相
金属 间化 合物
拓扑密排相
以面心立方结构为 基的长程有序结构
MgZn2结构 原子半径小的Zn原子
形成四面体，原子半径大 的Mg原子占据四面体间隙 之中，本身构成一个四面 体骨架。每个Zn原子与6 个Mg原子和6个Zn原子相 邻，Zn原子的配位数为12； 每个Mg原子与4个Zn原子 和12个Mg原子相邻，Mg 原子的配位数为16。